单层二硫化钼纳米压痕实验

【作者】 李明林； 庞皓升； 赖联峰； 高诚辉；

【机构】 福州大学机械工程及自动化学院； 宁德师范学院信息与机电工程学院； 福建省医疗器械与医药技术重点实验室；

【摘要】 单层二硫化钼因其固有直接带隙半导体特性和超薄二维结构而在纳米光电子器件、柔性电子器件、纳米光压电器件等领域拥有光明的应用前景。自从Lee等人基于原子力显微镜测试表征石墨烯的弹性力学特性和断裂强度以来,原子力显微镜纳米压痕实验成为表征二维材料力学性能的主要手段之一。然而,因为单层二维材料制备和纳米压痕实验样品转移的困难,文献中关于单层二硫化钼纳米压痕实验的数据依然十分有限,实验研究方案比较单一。本文针对包含不同尺寸(0.8～1.5μm)和形状(圆形和方形)的孔洞基底,转移制备单层二硫化钼实验样品,采用原子力显微镜硅探针对悬空的样品进行多次加载-卸载实验,直至最后压破样品,研究单层二硫化钼的力学响应。大量实验研究发现,(1)单层二硫化钼的弹性模量约为230±50 Gpa,断裂压力达到1695±228 nN,考虑针尖磨损后的断裂强度约为32.9±4.0 Gpa;(2)圆孔和方孔、孔的大小等因素对单层二硫化钼弹性模量的影响非常微小,且无明显增减趋势,但对其断裂强度的影响虽然也十分微小,却可见随尺寸增大而增大的影响趋势;(3)在加载-卸载实验中,可见随着压力增大,载荷位移曲线出现较为明显的弹性迟滞现象。本文研究对单层二硫化钼力学表征及应用具有工程指导意义。更多还原